综述：在背景磁场存在下的热场理论及其在量子色动力学（QCD）中的应用

《Progress in Particle and Nuclear Physics》：Thermal field theory in the presence of a background magnetic field and its application to QCD

热磁介质的理论框架及其在重离子碰撞中热磁QCD等离子体的应用研究，分析热力学特性与实时观测如阻尼率和 dilepton 产生率，揭示介质行为与动力学。

　　

Munshi G. Mustafa | Aritra Bandyopadhyay | Chowdhury Aminul Islam

印度理工学院孟买分校物理系，Pawai，孟买 400076，印度

摘要

本文综述了在背景磁场作用下的热场理论的基本原理，重点介绍了其理论框架以及该理论在重离子碰撞产生的热磁QCD等离子体中的一些应用。为了清晰简洁，我们的讨论仅限于平衡系统。我们分析了包括相图在内的整体热力学特性以及实时可观测量，从而揭示了与重离子物理相关的热磁QCD介质的行为和动力学特性。

章节摘录

缩写

我们列出了本文中最常用的缩写。

DR	双轻子产生率
HIC	重离子碰撞
HTL	硬热环
HTLpt	硬热环微扰理论
HQ	重夸克
IMC	逆磁催化
LHC	大型强子对撞机
LLL	最低朗道能级
MC	磁催化
NJL	Nambu-Jona-Lasinio理论
QCD	量子色动力学
QED	量子电动力学
QGP	夸克-胶子等离子体
QNS	夸克数磁化率
RHIC	相对论性重离子对撞机
TM	热磁（仅用于数学量）

磁场的产生

在本节中，我们讨论了不同物理情况下磁场的产生[19], [20], [21], [31]。主要目的是让读者了解如何产生强度巨大的磁场。我们首先从单个带电粒子在真空中以恒定速度运动的简单情况开始，逐步探讨HIC实验中产生的介质。我们仅限于一些基础和早期的计算。

背景磁场中的自由传播子

在本节中，我们根据Schwinger时域表示法[109]，讨论了在恒定背景经典电磁场中带电粒子（包括标量和费米子）的传播子的推导。Schwinger在1951年的开创性工作为在外部电磁场中制定传播子提供了一个统一的框架，其中传播子表示为对时域参数的积分。这种表示法可以重新表述为无限和

具有背景磁场的热场理论

将外部各向异性场引入热介质中，需要调整现有的理论框架以正确分析热磁系统的各种性质。在本节中，我们将讨论背景磁场的存在如何以几种重要方式改变热场理论中的$N$点函数。这些变化源于磁场与热介质之间的相互作用，导致各向异性

热磁QCD介质的热力学

状态方程（EoS）在研究相对论性重离子碰撞产生的高温高密度QCD物质（QGP）中起着关键作用。这是因为EoS决定了介质的热力学性质，对于理解其行为至关重要。此外，高温高密度火球的时间演化是通过依赖于解禁闭QCD物质EoS的流体动力学来建模的。在没有磁场的情况下，EoS已经被系统地

热磁介质中的阻尼率

在上一节中，我们讨论了平衡可观测量。现在我们将注意力转移到实时可观测量上，例如阻尼率、光谱特性和重夸克扩散。我们首先讨论了在热磁QCD介质中各种类型粒子（如规范玻色子（光子）和费米子）的阻尼率。

热介质中粒子的阻尼率$\gamma$具有直接的物理解释。由于与

热磁介质中的电磁光谱函数和双轻子产生率

在本节中，我们关注另一个实时可观测量——双轻子产生率（DR），它可以从光谱函数计算得出。电磁相互作用的粒子，如实光子和双轻子（虚拟光子），是研究超相对论性核-核碰撞产生的强相互作用物质的热力学性质的有效探针。它们的双重性质是关键：电磁相互作用足够强，可以产生可检测的信号，同时

热磁介质中的重夸克扩散

在本节中，我们关注重夸克（HQ）。它被认为是研究QGP的绝佳探针，并已得到广泛研究。在这里，我们讨论了磁场存在下HQ的一些主要特征，主要集中在其扩散上。

首先，在第8.1节中，我们列出了将HQ视为有价值的QGP特征的主要原因。然后，在第8.2节中，我们讨论了静态和超静态极限下HQ的扩散，无论是否有磁场。

背景磁场下的QCD相图

研究QCD介质的一个最重要目标是调查和理解QCD相图。QCD介质可以在不同的极端条件下存在，因此可能存在多方面的QCD相图。温度$(T$和重子化学势$\left({\mu }_B\right)$平面上的相图是最为人所知的，发现该平面上存在潜在的临界点是推动QCD研究的主要动力之一

总结与展望

在本文中，我们介绍了在背景磁场存在下的热场理论的关键方面，重点讨论了其理论基础及其在重离子碰撞产生的热磁QCD等离子体中的选定应用。为了简洁起见，我们的讨论仅限于热平衡系统。具体来说，我们分析了整体热力学特性和实时可观测量，探讨了热磁QCD介质的动力学特性

CRediT作者贡献声明

Munshi G. Mustafa：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，形式分析，概念化。Aritra Bandyopadhyay：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，形式分析，概念化。Chowdhury Aminul Islam：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们非常感谢Aritra Das、Ritesh Ghosh、Snigdha Ghosh、Najmul Haque和Bithika Karmakar在本文撰写过程中的合作、各种讨论以及无数的帮助。我们还要感谢他们对手稿的严格审阅和提出的改进建议。C.A.I.还要感谢Mahammad Sabir Ali和Rishi Sharma在多个项目上的有益合作，这使他能够参与此类综述的撰写。M.G.M.